Los transformadores deben probarse en condiciones lo más cercanas posible a la operación real para evaluar con precisión su desempeño. La prueba de Sumpner, también conocida como prueba espalda con espalda, permite que dos transformadores idénticos funcionen bajo condiciones simuladas de carga completa sin requerir una gran carga externa. Ayuda a determinar la pérdida de hierro, la pérdida de cobre, la eficiencia, la regulación de voltaje y el comportamiento de calentamiento. Este artículo ofrece información sobre su funcionamiento, configuración del circuito, procedimiento y cálculos.
Resumen de la prueba de Sumpner
La prueba de Sumpner, también conocida como la prueba de espalda con espalda, es un método práctico para probar un transformador bajo condiciones simuladas de carga completa sin una carga externa. Se utiliza para determinar valores básicos de rendimiento como pérdida de hierro, pérdida de cobre, eficiencia, regulación de tensión y comportamiento de calentamiento.
En esta prueba, se conectan dos transformadores idénticos de modo que circula corriente a plena carga entre ellos, mientras que la fuente suministra solo la energía necesaria para cubrir las pérdidas. Debido a esta disposición, la Prueba de Sumpner es útil cuando la carga directa sería costosa, ineficiente o poco práctica.
Por qué la prueba de Sumpner es económica para transformadores grandes
Para transformadores grandes, la carga directa suele ser poco rentable porque se necesita una gran carga externa para absorber toda la potencia de salida durante la prueba. Esto conduce a un alto desperdicio de energía, mayor coste y soluciones de prueba más difíciles. La prueba de Sumpner evita esto creando condiciones de carga completa mientras consume solo la energía necesaria para cubrir las pérdidas del transformador. Esto lo convierte en un método práctico y económico para probar transformadores de gran capacidad.
Fundamentos prácticos de la prueba de Sumpner
La prueba de Sumpner reproduce condiciones de funcionamiento casi a plena carga haciendo que dos transformadores idénticos experimenten el voltaje nominal y la corriente nominal al mismo tiempo, mientras que el suministro solo entrega las pérdidas totales. Cuando los primarios se energizan a la tensión nominal, ambos transformadores desarrollan flujo normal de núcleo, por lo que la pérdida de hierro ocurre como en el servicio normal. Cuando la corriente nominal circula a través de los devanados, también se produce pérdida de cobre a plena carga. De este modo, la prueba simula las condiciones de funcionamiento reales de forma más precisa que las pruebas de circuito abierto y cortocircuito realizadas por separado.
Requisitos y configuración del circuito de la prueba de Sumpner
Requisitos y configuración del circuito de la prueba de Sumpner
Requisitos principales para la prueba de Sumpner
Para obtener resultados precisos, la prueba de Sumpner requiere dos transformadores con la misma clasificación, la misma relación de voltaje, polaridad correcta y características de impedancia y funcionamiento estrechamente ajustadas.
Configuración estándar del circuito de la prueba de Sumpner
En la disposición estándar, los devanados primarios de los dos transformadores se conectan en paralelo a través de la fuente nominal para que ambos funcionen a la tensión nominal. Los bobinados secundarios están conectados en oposición en serie. A continuación, se inyecta un voltaje bajo ajustable en el bucle secundario para circular la corriente nominal. Se conectan instrumentos de medición para registrar el voltaje aplicado, la corriente circulante y las lecturas del vatímetro durante la prueba.
Comprobación de polaridad en la prueba de Sumpner
Antes de que comience la prueba, las conexiones secundarias deben comprobarse cuidadosamente. Si la tensión a través de los terminales libres de los secundarios conectados en serie es casi nula, la polaridad es correcta y la conexión de oposición es propia. Si el voltaje medido es aproximadamente el doble del voltaje secundario nominal, la conexión es incorrecta y los terminales deben reorganizarse antes de continuar la prueba.
Procedimientos y lecturas de contadores en la prueba de Sumpner
Antes de comenzar la prueba, revisa todas las conexiones del instrumento y confirma la polaridad correcta de los bobinados secundarios. Después de eso, aplica el voltaje nominal a los devanados primarios de ambos transformadores. Bajo esta condición, ambos transformadores funcionan a flujo nominal, y el vatímetro del lado primario W1 mide la pérdida combinada de hierro de los dos transformadores.
A continuación, inyecta una pequeña tensión ajustable en el circuito secundario a través del transformador regulador. Aumenta este voltaje inyectado gradualmente hasta que el amperímetro secundario muestre la corriente nominal a plena carga. En ese momento, el vatímetro W2 mide la pérdida combinada de cobre a plena carga de los dos transformadores.
Si se desea observar el rendimiento de calefacción, la prueba puede continuar durante un periodo más largo bajo las mismas condiciones. Las lecturas registradas se utilizan entonces para determinar las pérdidas, eficiencia, regulación de tensión y comportamiento de aumento de temperatura de los transformadores bajo operación simulada a plena carga.
| Instrumento | Qué mide |
|---|---|
| Voltímetro primario | Tensión de entrada nominal |
| Amperímetro Principal | Corriente total sin carga de ambos transformadores |
| Wattómetro W1 | Pérdida combinada de hierro/núcleo de ambos transformadores |
| Amperímetro secundario | Corriente circulante a plena carga |
| Voltímetro secundario | Condición secundaria para polaridad y pruebas |
| Wattímetro W2 | Pérdida combinada de cobre a plena carga de ambos transformadores |
Cálculos de rendimiento a partir de la prueba de Sumpner
Cálculo de pérdidas en la prueba de Sumpner
Si:
• W1 = pérdida combinada de hierro de ambos transformadores
• W2 = pérdida combinada de cobre a plena carga de ambos transformadores
Entonces, para un transformador:
• Pérdida de hierro por transformador = W1 / 2
• Pérdida de cobre a plena carga por transformador = W2 / 2
Estos dos valores representan las principales pérdidas en condiciones normales de funcionamiento y se utilizan para una evaluación adicional del rendimiento.
Eficiencia y regulación de tensión en la prueba de Sumpner
Si un transformador entrega una salida de:
Salida = V2 × I2 × cosφ
entonces la eficiencia a plena carga es:
Eficiencia = Salida / (Salida + Pérdida de hierro + Pérdida de cobre a plena carga)
Usando los valores obtenidos de la prueba, esto se convierte en:
Eficiencia = Producción / [Salida + (W1 / 2) + (W2 / 2)]
A una fracción de carga x, la pérdida de cobre varía aproximadamente como x², por lo que:
Eficiencia a x carga = Salida a x carga / [Salida a x carga + (W1 / 2) + x²(W2 / 2)]
Esto permite estimar la eficiencia en diferentes niveles de carga y factores de potencia.
Regulación de tensión a partir de la prueba de Sumpner
La prueba de Sumpner no mide la regulación de voltaje directamente con un banco de carga, pero proporciona los datos de pérdidas necesarios para estimar el rendimiento a plena carga. En la práctica, la regulación de voltaje suele determinarse con la ayuda de resistencia y reactancia equivalentes obtenidas a partir de datos de prueba de transformadores. Por esta razón, la prueba de Sumpner se valora principalmente para la evaluación realista de pérdidas y calefacción, mientras que la regulación suele estimarse a partir de los parámetros equivalentes correspondientes.
Ventajas, limitaciones y aplicaciones de la prueba de Sumpner
Ventajas de la prueba de Sumpner
• Permite pruebas bajo condiciones casi de carga completa sin una gran carga externa
• Produce pérdida de hierro y pérdida de cobre a plena carga al mismo tiempo
• Permite la observación de aumento de temperatura bajo condiciones de funcionamiento realistas
• Consume mucha menos potencia de entrada que la carga directa
• Proporciona datos de rendimiento más prácticos que las pruebas separadas de circuito abierto y cortocircuito
Limitación principal
• Requiere dos transformadores con la misma relación nominal y de voltaje
• Requiere la polaridad correcta y características de impedancia estrechamente ajustadas
• Puede dar condiciones de corriente de circulación inexactas si los dos transformadores no están bien ajustados
Aplicaciones de la prueba de Sumpner
• Requiere dos transformadores con la misma relación nominal y de voltaje
• Requiere la polaridad correcta y características de impedancia estrechamente ajustadas
• Puede dar condiciones de corriente de circulación inexactas si los dos transformadores no están bien ajustados
Conclusión
La Prueba de Sumpner es un método eficaz para evaluar el rendimiento de transformadores bajo condiciones simuladas de carga completa. Cuando circula una corriente nominal entre dos transformadores idénticos, se producen simultáneamente pérdidas de hierro y cobre, mientras que la fuente solo proporciona la energía necesaria para cubrirlas. Esto permite una medición precisa de la eficiencia, la regulación de voltaje y el comportamiento de calentamiento. Debido a su funcionamiento económico, la prueba Back-to-Back sigue utilizándose en pruebas de transformadores.
Preguntas frecuentes [FAQ]
¿Por qué se utilizan dos transformadores en la prueba de Sumpner?
Circular corriente a plena carga entre ellos mientras la fuente solo proporciona la energía necesaria para las pérdidas.
¿Puede la prueba de Sumpner usar transformadores no idénticos?
Se realiza mejor con transformadores que tienen la misma clasificación, relación de voltaje e impedancia similar para mantener resultados precisos.
¿Qué transformadores se prueban usando la prueba de Sumpner?
Se utiliza principalmente para transformadores de capacidad media y grande donde la carga directa es poco práctica.
¿Qué comprobaciones de seguridad son necesarias antes de comenzar la prueba de Sumpner?
Verifica la polaridad correcta, comprueba las conexiones del instrumento y aumenta gradualmente el voltaje inyectado.
¿Cuánto puede durar la prueba de Sumpner?
Puede funcionar durante mucho tiempo porque la potencia de la fuente solo es igual a las pérdidas del transformador.
¿Cómo se evalúa el aumento de temperatura en la prueba de Sumpner?
Tanto las pérdidas de hierro como de cobre ocurren simultáneamente, produciendo condiciones de calefacción similares a las de las condiciones reales de funcionamiento.
